Ядра всех элементов состоят из элементарных частиц двух видов: протонов и нейтронов (нуклонов).
Протоны (ионы атомов водорода) имеют заряд +1,6 ? 10-19Кл = + е, массу mp = 1836,1 ? me, спин 0,5, собственный магнитный момент ?р = 2,79 ? ?я = 2,79 ? ?Б ? (mp / me) = ?Б/660, где ?Б - магнетон Бора (см. 8.2). Магнитный момент протона в 660 раз меньше, чем магнитный момент электрона.
Нейтрон был открыт в 1932 году английским физиком Д.Чедвиком (1891-1974). При бомбардировке бериллия ? - частицами (двухзарядные ионы гелия 2 He +) было обнаружено неизвестное сильно проникающее излучение. Энергия частиц этого излучения была оценена Чедвиком по взаимодействию с азотом и аргоном. Были получены значения 55 МэВ, 90 МэВ, 150 МэВ с очень большой расхождением. Для ?-излучения (коротковолновое электромагнитное излучение) такую большую разницу в энергии ?-квантов невозможно. Поэтому был сделан вывод, что имеет место поток тяжелых частиц массой mn = 1836,6 ? me. Большая проникающая способность (10 ? 20 см слой свинца) объяснялась отсутствием заряда. Несмотря на это, нейтрон имеет спин 0,5 ? и собственный магнитный момент ?n = -1,91 ? ?я. Знак (-) показывает, что вектор магнитного момента направлен против вектора механического момента.
После открытия нейтрона советский физик Д.Д.Иваненко и немецкий В.К.Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра. По этой модели ядро состоит из протонов и нейтронов, общее их количество дает массовое число А. Число протонов Z равен положительному заряду ядра и числа электронов в атоме. Это порядковый номер элемента в таблице Д.И. Менделеева. Тогда очевидно, что число нейтронов N = A - Z. Сказываются ядра Az X. Ядра с одинаковым порядковым номером Z и различными массовыми числами А, т.е. разным количеством нейтронов, называются изотопами, например, О, А, А, Н, Н; Н3.